阅读说明：本技术 一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置及其校准方法 (Impact calibration device and method for high-g-value acceleration sensor calibration ) 是由 杨建� 陈志龙 钱佳彬 于 2019-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置及其校准方法,其中装置包括测试平台和气路控制系统,测试平台包括安装支架、安装板、轴承座、空气轴承、砧子、气缸筒、弹体芯,砧子上端的冲击输出端贯穿安装于空气轴承中,轴承座内空气轴承的下方设有缓冲垫,台阶限位部位于缓冲垫的下侧,轴承座连接于安装支架的上侧；气缸筒设置于底板下方的安装支架上,气缸筒内设有弹体芯,气缸筒的下端封口且在封口位置连通连接有快速接头,气缸筒的上端为通口,砧子下端冲击接收端伸入于气缸筒上端端口内；气路控制系统的充气支路、放气支路分别与快速接头连通连接；采用空气轴承导向,能很好的减少横向运动和变形,结果更准确稳定。(The invention relates to an impact calibration device for calibrating an acceleration sensor with a high g value and a calibration method thereof, wherein the device comprises a test platform and an air path control system, the test platform comprises a mounting bracket, a mounting plate, a bearing seat, an air bearing, a hammering block, an air cylinder barrel and a projectile body core, an impact output end at the upper end of the hammering block is arranged in the air bearing in a penetrating way, a cushion pad is arranged below the air bearing in the bearing seat, a step limiting part is positioned at the lower side of the cushion pad, and the bearing seat is connected with the upper side of the mounting bracket; the cylinder barrel is arranged on the mounting bracket below the bottom plate, an elastomer core is arranged in the cylinder barrel, the lower end of the cylinder barrel is sealed, a quick connector is communicated and connected with the sealed position, the upper end of the cylinder barrel is a through hole, and the lower end impact receiving end of the anvil extends into the end hole of the upper end of the cylinder barrel; an inflation branch and a deflation branch of the gas path control system are respectively communicated and connected with the quick connector; and the air bearing is adopted for guiding, so that the transverse movement and deformation can be well reduced, and the result is more accurate and stable.)

一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置及其校准 方法

技术领域

本发明涉及传感器校准技术领域，特别涉及一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置及其校准方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，高g值加速度传感器得到了广泛应用，尤其在军事方面应用尤为突出。它以体积小、抗干扰能力强、可以抗高过载等优势在在记录子弹撞击目标钢板、混凝土冲击力的信号测量中得到充分利用。在测试系统中，尤其在测量这种高速瞬态变量过程中，传感器发挥着重大作用。其中，高g值加速度传感器动态响应速度的快慢以及工作频带的宽窄直接影响测试系统的精确度。

加速度传感器被广泛应用的情况下，需要定期进行校准。本发明提出了一种用于高g值加速度传感器标定的气动活塞式冲击校准装置及方法，以实现高g值加速度传感器的快速、有效校准。

国内基本没有可商用的加速度冲击标定系统，大多处于学校和科研院所试验阶段。国外德国SPEKTRA和美国ENDEVCO都有类似的气动原理加速度标定系统，但具体技术细节也都是核心机密。集普在标定过程自动化方面进行了优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置及其校准方法。

本发明是这样实现的，提供一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置，包括测试平台和气路控制系统，测试平台包括安装支架、安装板、轴承座、空气轴承、砧子、气缸筒、弹体芯，所述砧子的下端为冲击接收端，其上端为冲击输出端，其中部设有台阶限位部，空气轴承与轴承座连接，冲击输出端贯穿安装于空气轴承中，轴承座内空气轴承的下方设有缓冲垫，所述台阶限位部位于缓冲垫的下侧，轴承座通过底板连接于安装支架的上侧；气缸筒通过安装板设置于底板下方的安装支架上，气缸筒内设有弹体芯，气缸筒的下端封口且在封口位置连通连接有第一快速接头，气缸筒的上端为通口，所述冲击接收端伸入于气缸筒上端端口内；气路控制系统的充气支路、放气支路分别与第一快速接头连通连接；轴承座的上方一侧设有用于检测被测传感器是否置于冲击输出端上的光电传感器；所述弹体芯的径向一周设有磁环，气缸筒的下端径向外侧设有磁性传感器。

进一步地，气路控制系统包括第一电磁阀、真空发生器、第二电磁阀、T型三接头、气动二联件、第三电磁阀、储气罐、压力变送器、第四电磁阀，所述充气支路是先由第三电磁阀经管路连接储气罐，再由储气罐通过管路经压力变送器、第四电磁阀与第一快速接头连通连接构成；所述放气支路是由第二电磁阀经管路连接真空发生器，再由真空发生器通过管路经第一电磁阀与第一快速接头连通连接构成；

气泵与气动二联件连接后由管路经T型三接头向充气支路和放气支路充气。

进一步地，弹体芯的上端径向一周套设有上尼龙环，其下端径向一周套设有下尼龙环，弹体芯通过尼龙环滑动连接于气缸筒内，所述磁环设置于上尼龙环与下尼龙环之间弹体芯上。

进一步地，所述气缸筒的上端、下端分别通过气缸筒安装座与安装板固定连接。

进一步地，气缸筒的下端连接有气缸后盖，所述第一快速接头与气缸后盖连接，作为释放或充入气缸筒内弹体芯下端与气缸后盖之间容腔内空气的接口。

进一步地，冲击接收端的端部连接有毡垫。

进一步地，空气轴承的径向一侧连通连接有第二快速接头。

进一步地，光电传感器、磁性传感器均通过连接支架与安装支架连接。

进一步地，冲击输出端穿过缓冲垫后再贯穿经空气轴承伸出至空气轴承上端，冲击输出端伸出空气轴承外一端设有螺纹。

一种应用所述用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置的校准方法，包括如下步骤：

步骤一：设置好压力变送器预设的压力，打开气动二联件，开启第三电磁阀，储气罐储气，当压力变送器检测到压力与预设压力相同时，关闭第三电磁阀，并开启第四电磁阀，此时气路经第一快速接头向气缸筒充气，弹体芯发射打击砧子的冲击接收端，从而产生一个冲击脉冲传入至冲击输出端，则连接在冲击输出端端部的被测传感器、标准传感器分别测得一个冲击脉冲值；

步骤二：冲击完成，第四电磁阀关闭，第一电磁阀和第二电磁阀开启，真空发生器向气缸筒吸气，使弹体芯快速下降，当磁性传感器检测到弹体芯回到初始位置时，第一电磁阀和第二电磁阀关闭，则一次检测完成；

当检测到的被测传感器与标准传感器的冲击脉冲几乎吻合时，说明被测传感器的状态是正常的；反之则被测传感器不正常。

与现有技术相比，本发明用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置及其校准方法，具有如下有益效果：

采用空气轴承导向，能很好的减少横向运动和变形，结果更准确稳定；

采用气动活塞式冲击冲击方式，能实现较大的冲击力，即储气罐储气达到设定压力后通过充气支路释放于气缸筒，并使气缸筒内弹体芯发射打击砧子的冲击接收端；可以设定不同的压力值，从而达到形成多样的脉冲范围，从而能校准的范围更大；

光电传感器用于检测砧子和被测传感器是否存在，若检测到砧子不存在，则将切断气路通气，防止弹体冲出米字型气缸筒造成事故；若被测传感器不存在则发出信号提示；磁性传感器用于检测弹体是否回到原位，而弹体芯的起始位置会影响实验的结果；

采用了气缸相关的配件，实现大部分零件标准化，降低了制作成本；压力送变器间接控制气路压力，操作更简便。

附图说明

图1为本发明用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置的构成示意图；

图2为图1中气路控制系统的示意图；

图3为图1中测试平台的示意图；

图4为图3中A-A剖视图；

图5为底板、轴承座、空气轴承及砧子的连接示意图一；

图6为底板、轴承座、空气轴承及砧子的连接示意图二；

图7为砧子的结构示意图；

图8为气缸筒与安装板的连接示意图；

图9为弹体芯的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：请参照图1至图9所示，本发明一种用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置，包括测试平台1和气路控制系统2，测试平台1包括安装支架11、安装板12、底板17、轴承座13、空气轴承14、砧子15、气缸筒16、弹体芯18，所述砧子15的下端为冲击接收端151，其上端为冲击输出端152，其中部设有台阶限位部153，空气轴承14与轴承座13连接，所述的空气轴承14通过自带的O型圈安装在轴承座13中，其中采用的空气轴承14能更好的减少横向运动和变形，能使检测结果更准确稳定。冲击输出端152贯穿安装于空气轴承14中，轴承座13内空气轴承14的下方设有缓冲垫19，所述台阶限位部153位于缓冲垫19的下侧，轴承座13通过底板17连接于安装支架11的上侧；气缸筒16通过安装板12设置于底板17下方的安装支架11上，气缸筒16内设有弹体芯18，气缸筒16的下端封口且在封口位置连通连接有第一快速接头10，气缸筒16的上端为通口，所述冲击接收端151伸入于气缸筒16上端端口内；气路控制系统2的充气支路、放气支路分别与第一快速接头10连通连接；轴承座13的上方一侧设有用于检测被测传感器是否置于冲击输出端上的光电传感器20；所述弹体芯18的径向一周设有磁环180，气缸筒16的下端径向外侧设有磁性传感器100。

气路控制系统2包括第一电磁阀21、真空发生器22、第二电磁阀23、T型三接头24、气动二联件25、第三电磁阀26、储气罐27、压力变送器28、第四电磁阀29，所述充气支路是先由第三电磁阀26经管路连接储气罐27，再由储气罐27通过管路经压力变送器28、第四电磁阀29与第一快速接头10连通连接构成，该充气支路用于对气缸筒16快速充气；所述放气支路是由第二电磁阀23经管路连接真空发生器22，再由真空发生器22通过管路经第一电磁阀21与第一快速接头10连通连接构成，该放气支路用于对气缸筒16快速放气；

气泵30与气动二联件25连接后由管路经T型三接头24向充气支路和放气支路充气。

充气支路、放气支路通过T型三通接头与第一快速接头10连通连接，即充气支路、放气支路分别与T型三通接头两个直端连接，然后由T型三通接头的侧端与第一快速接头10连通连接。

弹体芯18的上端径向一周套设有上尼龙环181，其下端径向一周套设有下尼龙环182，弹体芯18通过上尼龙环181、下尼龙环182滑动连接于气缸筒16内，所述磁环180设置于上尼龙环181与下尼龙环182之间弹体芯18上。尼龙材料具有优良的力学性能其机械强度高，韧性好，还具有很好的自润性和耐磨性。两个尼龙环与气缸筒配合能减少一定的摩擦力从更好的控制弹体，磁环180主要是用于气缸外的磁性传感器100的检测。气缸筒16的上端、下端分别通过气缸筒安装座200与安装板12固定连接。

气缸筒16的下端连接有气缸后盖160，所述第一快速接头10与气缸后盖160连接，作为释放或充入气缸筒16内弹体芯18下端与气缸后盖160之间容腔内空气的接口。冲击接收端151的端部连接有毡垫150。空气轴承14的径向一侧连通连接有第二快速接头140。第二快速接头140安装在空气轴承14上，通过接入管路给空气轴承14通气；光电传感器20、磁性传感器100均通过连接支架与安装支架11连接。

冲击输出端152穿过缓冲垫19后再贯穿经空气轴承14伸出至空气轴承14上端，冲击输出端152伸出空气轴承14外一端设有内螺纹，被测传感器及标准传感器与冲击输出端152伸出空气轴承14外一端可以通过螺纹直接连接；冲击输出端152伸出空气轴承14外一端也可以通过安装平台与被测传感器及标准传感器连接；安装方式不同的传感器可以定制不同的安装平台与冲击输出端152连接。

实施例2：参照图1-9所示，一种应用所述用于高g值加速度传感器标定的冲击校准装置的校准方法，包括如下步骤：

步骤一：设置好压力变送器28预设的压力，打开气动二联件25，开启第三电磁阀26，储气罐27储气，当压力变送器28检测到压力与预设压力相同时，关闭第三电磁阀26，并开启第四电磁阀29，此时气路经第一快速接头10向气缸筒16充气，弹体芯18发射打击砧子15的冲击接收端151，从而产生一个冲击脉冲传入至冲击输出端152，则连接在冲击输出端152端部标准传感器300、被测传感器分别测得一个冲击脉冲值；

步骤二：冲击完成，第四电磁阀29关闭，第一电磁阀21和第二电磁阀23开启，真空发生器22向气缸筒16吸气，使弹体芯18快速下降，当磁性传感器100检测到弹体芯18回到初始位置时，第一电磁阀21和第二电磁阀23关闭，则一次检测完成；

当检测到的被测传感器与标准传感器300的冲击脉冲几乎吻合时，说明被测传感器的状态是正常的；反之则被测传感器不正常。

标准传感器、被测传感器背靠背地安装在砧子上。通过控制气路控制系统2的气压输出来控制弹体芯18受到的压力，通过预设的不同压力来精确控制弹体芯发射速度。当发生碰撞时，砧子15被弹起一个很短距离后，砧子15的台阶限位部153被缓冲垫19阻挡。弹体芯18被限制在气缸筒16中。通过气压的控制，以及砧子15的材料、毡垫150、缓冲垫19的材料及厚度的组合，可以产生宽范围的冲击峰值和持续时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。